Hard probes

Hard probesHard probes

2

Processi hard (1)Processi hard (1)I processi hard sono i processi ad alto momento trasferito che sono calcolabili con tecniche di QCD perturbativa La costante di accoppiamento S della QCD è piccola (libertà

asintotica) per processi ad alto momento (Q2) trasferito Alto momento trasferito Piccole distanze Scale di tempi brevi (form

≈ 1/Q2)

Sono essenzialmente: Adroni ad alto pT Jets

Mesoni e barioni open heavy flavour (charm e beauty) Quarkonia (J/, ’, , ’, ”)

In collisioni di ioni, gli adroni ad alto pT e gli open heavy flavour sono il prodotto della frammentazione di partoni a pT ancora più alto che: sono stati prodotti su scale di tempi molto brevi hanno attraversato tutte le fasi dell’evoluzione della fireball

e quindi possono essere usati come sonde (“probe”) sensibili alle proprietà del mezzo creato nella collisione

3

Processi hard (2)Processi hard (2)Negli spettri in pT, il passaggio dalla produzione “soft” a quella “hard” si manifesta con un cambio di pendenza Dall’andamento esponenziale si passa a quello tipo legge di potenza

Alle energie di RHIC, le particelle con pT > 4 GeV sono meno dello 0.1%

Spettro tipo legge di potenza (~1/pT

4)

4

I processi hard in collisioni pp sono calcolabili con tecniche di pQCD utilizzando i teoremi di fattorizzazioneLa sezione d’urto per la produzione di una particella hard in collisioni adroniche è data da:

Fattorizzazione in pp (1) Fattorizzazione in pp (1)

)Q(zDQxPDFQxPDF qHqqqabbaHxhh222 ,),(),(

sezione d’urto partonica

Parton Distribution Functionsxa , xb= frazione di momento dei partoni a, b negli adroni

sezione d’urto in collisioni adroniche

s /2

q

q

H

xa

xb

Q2

s /2

Jet-

Frammentazionedel quark q nell’adrone H

5

)Q(zDQxPDFQxPDF qHqqqabbaHxhh222 ,),(),(

I processi hard in collisioni pp sono calcolabili con tecniche di pQCD utilizzando i teoremi di fattorizzazioneLa sezione d’urto per la produzione di una particella hard in collisioni adroniche è data da:

La sezione d’urto partonica abcd è calcolabile con la pQCD

Le PDF e la funzione di frammentazione sono invece processi non perturbativi (lunghe distanze, lunghe scale di tempi)

Non sono calcolabili con tecniche di pQCD

Fattorizzazione in pp (2) Fattorizzazione in pp (2)

sezione d’urto partonica

Parton Distribution Functionsxa , xb= frazione di momento dei partoni a, b negli adroni

Frammentazionedel quark q nell’adrone H

sezione d’urto in collisioni adroniche

6

Le PDF sono la densità di probabilità di trovare un partone con una certa frazione x del momento del protone in un processo con impulso trasferito Q 2 Sono legate alle funzioni di struttura F1 e F2 del protone dalle relazioni:

la sommatoria è fatta sui diversi tipi di partoni di carica zi fi sono le PDF per il partone di tipo i da queste si ricava la relazione di Gross-Callan

F2(x,Q2)=2xF1(x,Q2)

Nel caso in cui il protone sia composto da particelle di Dirac (i quark/partoni) puntiformi le funzioni di struttura (e le PDF) dovrebbero essere funzione solo di x e non dipendere da Q2 (Bjorken scaling)

Parton Distribution Functions (1)Parton Distribution Functions (1)

i

iii

ii xQfxzQxFQxfzQxF ),(),(),(),(2 2222

2221

7

Dalle misure di Deep Inelastic Scattering (DIS) di elettroni e neutrini su protoni si osserva che il Bjorken scaling è violato, cioè le funzioni di struttura dipendono da Q2.


La violazione dello scaling è dovuta al fatto che i quark irradiano gluoni che si possono “materializzano” come coppie qqbar (quark del mare)Al crescere di Q2 aumenta la risoluzione della probe (~ħ/Q2) e quindi aumenta il numero di partoni che sono “visti” portare una frazione x del momento del protone

8

La radiazione dei gluoni produce quindi l’evoluzione delle funzioni di struttura e delle PDF con Q2 Le PDF dipendono dalla scala = Q2 di momento trasferito.

La pQCD non permette di calcolare la forma delle PDF, che vengono estratte da misure di Deep Inelastic Scattering a una certa scala Q0

2

La pQCD permette di calcolare con le equazioni DGLAP come le PDF evolvono dalla scala Q0

2 a un’altra scala Q2


up =1 GeVup =2.5 GeVup =10 GeV

gluon =1 GeVgluon =2.5 GeVgluon =10 GeV

9


Basso x, dominano i quark del mare e i gluoni

Alto x, dominano i

quark di valenza

10

La funzione di frammentazione DqH(z,Q2) rappresenta la probabilità che il quark q dia origine a un adrone H con una frazione z del momento del quark (pH

= zpq)

Le funzioni di frammentazione vengono estratte dai dati di collisioni ee++ee--

Vengono poi applicate ad altri tipi di collisioni

Come per le PDF, c’è una scaling violation le funzioni di frammentazione dipendono da Q2

Vengono misurate a una certa scala Q02 e fatte evolvere con le

equazioni DGLAP

Fragmentation functionFragmentation function

11

Lo “string fragmentation model” è usato per descrivere la frammentazione nei Monte Carlo, e.g. PYTHIA

String fragmentation modelString fragmentation model

Le coppie qqbar sono tenute insieme da una stringa (tubo di flusso di colore)

Man mano che il q e il qbar si allontanano, l’energia viene immagazzinata nella stringa. Per un certa distanza r si ha:

Al di sopra di una certa distanza, è energeticamente favorevole rompere la stringa creando una nuova coppia qqbar (di quark leggeri) piuttosto che continuare ad aumentare la distanza

La stringa si rompe e si forma una coppia di adroni

GeV/fm1)(

)( rr

rArV

Produzione di quark pesantiProduzione di quark pesanti

13

Diagrammi LO per la produzione di heavy flavours

Diagrammi NLO per la produzione di heavy flavours

Sezione d’urto partonicaSezione d’urto partonica

q

q Q

Q

Q

Qg

g Q

Qg

gQ

Qg

g

Q

Q

Q

Q

Q

Q

q-qbar annihilation gluon fusion

higher order terms in pair creation flavour excitation gluon splitting

14

Produzione di una coppia QQProduzione di una coppia QQbarbar (1) (1)I quadri-impulsi dei due partoni collidenti (assunti con m=0) sono dati da:

x1 e x2 sono le frazioni di momento del nucleone portate dai due partoni, s è l’energia nel centro di massa della collisione

si è trascurato il momento trasverso dei partoni all’interno del nucleone

Se si crea una coppia di quark pesanti QQbar con un processo al leading order (es. gluon fusion ggQQbar ) si ha: Massa invariante

Rapidità

2),0,0,(~

2),0,0,(~

222111

sxxp

sxxp

212

212

212

212

2122

4)(

4)()( xsx

sxx

sxxppEEQM QQ

2

1

2121

2121 ln2

1

2)(2)(

2)(2)(ln

2

1ln

2

1

x

x

sxxsxx

sxxsxx

pE

pEy

z

zQQ

15

Produzione di una coppia QQProduzione di una coppia QQbarbar (2) (2)

Risolvendo il sistema di equazioni:

Si ricava:

A midrapidity (yQQ=0) si ha:

QQQQQQQQQQ y

QQ

y

QQ

y

QQ

QQ

QQ

es

Mx

sx

Mx

esx

Msx

Mx

ex

x

sx

Mx

x

xy

xsxM

2

2

2

1

2

2

2

1

2

1

2

2

1

2

1

212

ln

QQQQ yQQyQQ es

Mxe

s

Mx

21

s

Mxx QQyy 0

20

1

16

Produzione di una coppia QQProduzione di una coppia QQbarbar (3) (3)

Nel caso di produzione alla soglia di una coppia ccbar (MQQ=2mc ≈ 2.4 GeV/c2) o bbbar (MQQ=2mb ≈ 9 GeV/c2) a midrapidity si ricava:

I valori bassi di x (dove le PDF sono dominate dai gluoni) indicano che la produzione di heavy quarks al LO è dominata dai processi di gluon fusion

SPS RHICLHC PbPb

LHC pp

s (GeV)

17.2 200 5500 14000

xcc (y=0)

≈1.4·10-1 ≈1·10-2 ≈4·10-4 ≈2·10-4

xbb (y=0)

≈5·10-1 ≈5·10-2 ≈2·10-3 ≈6·10-4

17

Peterson ( = 0.015)

Colangelo-Nason ( = 0.9, =6.4)

Nel caso della frammentazione di quark pesanti, ci si aspetta che il mesone D o B si prenda una grande frazione z dell’impulso del quark c o b, cioè che le fragmentation functions presentino un picco per z vicino a 1 ( harder fragmentation functions)Per i mesoni D si usano tipicamente queste parametrizzazioni:

I valori dei paramteri a, b e e sonoestratti da fit alle misure di produzionedi mesoni D a LEP

Heavy quark fragmentationHeavy quark fragmentation

2/ )]1/(/11[

1)(

zzzzD cD

Peterson

zzzD cD )1()(/ Colangelo-Nason

18

pQCD vs. dati sperimentali (beauty)pQCD vs. dati sperimentali (beauty)

La pQCD con la fattorizzazione riproduce bene i dati di beauty a Tevatron (misurato sfruttando la catena di decadimento BJ/ e+e-)

19

pQCD vs. dati sperimentali (charm)pQCD vs. dati sperimentali (charm)

I dati sperimentali sui mesoni charmati a Tevatron risultano stare sui limiti superiori delle previsioni della pQCD fattorizzata

Hard Probes in collisioni Hard Probes in collisioni nucleo-nucleonucleo-nucleo

21

Collisioni nucleo-nucleoCollisioni nucleo-nucleo

La produzione di particelle hard in collisioni nucleo-nucleo è prevista scalare con il numero di collisioni elementari nucleone-nucleone che si realizzano nella collisione nucleo-nucleo

Quindi ci si aspetta che gli spettri in pT misurati in collisioni nucleo-nucleo si possano ottenere da quelli in pp con la semplice legge di scaling (binary scaling)

TppcollTAA pNNpN d/dd/d

collhardABhard

ABhardAB

ABhardhardAB

NbABT

bTABbTbp

)(

)(11)(11)(

22

Si definisce il rapporto:

In caso non ci siano effetti nucleari: RAA<1 nel regime di fisica soft (basso pT)

RAA=1 ad alto pT dove dominano i processi hard

Nuclear modification factor RNuclear modification factor RAAAA

Per collisioni AuAu centrali a RHIC Npart ≈ 400

Ncoll ≈ 1200

(Npart/2)/Ncoll ≈ 1/6

RAA < 1

RAA = 1

RA

A

Tpp

TAA

collTAA dpdN

dpdN

NpR

/

/1)(

23

Lo scaling binario in collisioni nucleo-nucleo è rotto per:

Effetti di stato iniziale dovuti a variazioni delle PDF e/o dei momenti dei partoni nello stato iniziale

Presenti in collisioni pA e AA Cronin effect Modifiche delle PDF nei nuclei rispetto a quelle nei nucleoni Formazione di uno stato di Color Glass Condensate (saturazione

di gluoni a basso x)

Effetti di stato finale variazioni delle funzioni di frammentazione dovute alla presenza del mezzo prodotto nella collisione

Presenti solo in AA Energy loss / Jet quenching

Rottura dello scaling binarioRottura dello scaling binario

Effetti di stato inizialeEffetti di stato iniziale

25

Scoperto negli anni ’70 in collisioni protone-nucleo a FermilabPer valori di pT >≈ 2 GeV/c il rapporto RpA (equivalente di RAA per collisioni pA) ha valori maggiori di 1

Cronin Effect (1)Cronin Effect (1)

RpA = 1Rp

A

RpA > 1

Cronin enhancement

26

Ad alti momenti trasversi, lo spettro in pT degli adroni prodotti in collisioni pA è: Traslato verso l’alto per un fattore di normalizzazione Ncoll (≈A)

come deve essere per un processo hard

Traslato orizzontalmente verso valori più alti di pT

il che a un certo pT fissato si manifesta come un RpA > 1 dato l’andamento decrescente dello spettro


Tdp

dN

Tp

pp spectrum

pA spectrum normalized to Ncoll ≈ A

27

La traslazione orizzontale a pT più alti deriva dal fatto che i partoni all’interno del proiettile prima di fare lo scattering hard in cui si produce l’adrone misurato ad alto pT, hanno già subito alcune collisioni elastiche con altri nucleoni del nucleo bersaglio In questo modo i partoni del proiettile acquisiscono un

momento trasverso kT che cresce con la radice quadrata del numero delle collisioni elastiche (random walk)


kT

28

Quando avviene il processo hard il partone proiettile possiede un “initial kT” e dà un “extra kT kick” al partone prodotto Al crescere del pT della particella prodotta, questo “extra kT

kick” diventa una frazione sempre più piccola del pT osservato, quindi il Cronin enhancement dovrebbe sparire per pT→∞.

Al crescere di pT, RAA deve quindi raggiungere il valore 1, ma non dal basso come ci si aspetta dal soft scaling a basso pT, ma dall’alto a causa del Cronin enhancement ad alto pT


RpA = 1Rp

A

RpA > 1

29

Le densità dei partoni per i nucleoni all’interno di un nucleo sono diverse da quelle nei nucleoni liberiOsservato per la prima volta nel 1983 dall’esperimento EMC Rapporto tra le funzioni di struttura del Calcio e del deuterio

PDF nei nuclei (1)PDF nei nuclei (1)

shadowing

anti-shadowing

EMC effect

Fermi motion

30

Non c’e’ una teoria che spiega i vari effetti che intervengono nella modifica delle PDF per tutti i valori di x. Si usano delle parametrizzazioni fenomenologiche Rapporto delle PDF del Pb e del nucleone (parametrizzazione

EKS98)

PDF nei nuclei (2)PDF nei nuclei (2)

Effetti di stato finaleEffetti di stato finale

32

E - E

Perdita di energiaPerdita di energiaUn partone che attraversa un mezzo perde energia per effetto di due meccanismi Scattering con i partoni del mezzo

(collisional energy loss) Radiazione di gluoni

(gluonstrahlung)

Una partone creato su una scala di tempi corta dopo la collisione (i.e. un quark pesante e/o con alto pT ) perde energia mentre esce dalla regione di interazione Viene quindi rallentato (=il suo pT

diminuisce mentre attraversa il mezzo)

Lo spettro ad alto pT viene soppresso (quenching)

Ad alte energie il meccanismo dominante è quello radiativo

Quenched spectrum

Spectrum in pp

33

Perdita di energia radiativa (1)Perdita di energia radiativa (1)Perdita di energia nel limite BDMPS (acronimo degli autori del modello) Approssimazione in cui il gluone si “de-coerentizza” dal partone che lo

ha emesso attraverso “multiple soft scatterings”

S = costante di accoppiamento di QCD (running)

CR = Fattore di accoppiamento di Casimir Vale 4/3 per accoppiamento quark-gluone e 3 per accoppiamento

gluone-gluone

q = trasport coefficient legato alle caratteristiche (opacità) del mezzo proporzionale alla densità (e ai momenti) dei gluoni

2 ˆ LqCE Rs

fattore di Casimir

Transport coefficient

perdita di energia Distanza percorsa nel mezzo

^

34

Perdita di energia radiativa (2)Perdita di energia radiativa (2)Perdita di energia nel limite BDMPS (acronimo degli autori del modello) Approssimazione in cui il gluone si “de-coerentizza dal partone che lo


La dipendenza da L2 è dovuta al fatto che i gluoni irradiati sono colorati e possono interagire anche loro con il mezzo

2 ˆ LqCE Rs

fattore di Casimir



35

Perdita di energia radiativa (3)Perdita di energia radiativa (3)Perdita di energia nel limite BDMPS (acronimo degli autori del modello) Approssimazione in cui il gluone si “de-coerentizza dal partone che lo


Per quark pesanti ci si aspetta un minore energy loss per effetto di: Fattore di Casimir

Gli adroni leggeri ad alto pT provengono prevalentemente da jets di gluoni, mentre gli adroni pesanti provengono da jets di quark pesanti

Dead-cone effect La radiazione di gluoni è prevista essere soppressa ad angoli < MQ/EQ

2 ˆ LqCE Rs

fattore di Casimir



36

Transport coefficientTransport coefficient

Il transport coefficient è legato alla densità di gluoni e quindi alla densità di energia del mezzo

Dalla perdita di energia misurata si può quindi ottenere una misura indiretta della densità di energia del sistema

Pion gas

Cold nuclear matter

QGP

4/3 ˆ q

37

Perdita di energia radiativa e RPerdita di energia radiativa e RAAAA (1) (1)

Al crescere del trasport coefficient q Aumenta l’energy loss Diminuisce RAA

^Effetto della massa del quark charm Minore energy loss (dead

cone)

38

Perdita di energia radiativa e RPerdita di energia radiativa e RAAAA (2) (2)

Effetto della massa del quark beauty mb > mc, dead cone effect

più grande

Effetto della massa del quark charm Minore energy loss (dead

cone)

39

Quanta energia si perde ?Quanta energia si perde ?Formula BDMPS:

Valori numerici q = 5 GeV2/fm valore tipico per fittare i dati di RHIC S = 0.2 valore per processo con virtualità Q2 = 10 GeV CR = 4/3 L = 5 fm

Da cui:

valore enorme! Solo partoni con energia > 40 GeV/c possono attraversare 5 fm di fireball e uscire con alto pT

c

LqCELqCE Rs

Rs 4

ˆ ˆ

4

1 2ledimensionaanalisi2

GeV403

255

197.04

2553

42.0

E

^

40

Perdita di energia e adronizzazionePerdita di energia e adronizzazione

Un partone ad alto pT esce dalla fireball prima di adronizzare Adronizzazione per frammentazione nel

vuoto Produzione di jet come in pp

Se invece il partone perde molta energia nell’attraversare il mezzo deconfinato e viene rallentato Puo’ eventualmente raggiungere

l’equilibrio termico con il mezzo prima di adronizzare

Adronizza nel mezzo (e non nel vuoto) Modifica della funzione di frammentazione Possibile adronizzazione per

coalescenza/ricombinazione

Jet

Hadronization in medium

41

Frammentazione vs. coalescenzaFrammentazione vs. coalescenzaDue meccanismi di adronizzazione: Frammentazione: un partone ad alto pT frammenta in

adroni a pT più basso

Ricombinazione/coalescenza: partoni a basso pT si combinano per formare un adrone con pT più alto

dd dud u- +

42

Frammentazione vs. coalescenzaFrammentazione vs. coalescenzaDue meccanismi di adronizzazione: Frammentazione: un partone ad alto pT frammenta in

adroni a pT più basso

Ricombinazione/coalescenza: partoni a basso pT si combinano per formare un adrone con pT più alto

recombining partons:ph = pq1+pq2

fragmenting parton:ph = z·pq with z<1

43

Lo scaling binario in collisioni nucleo-nucleo è rotto per:

Effetti di stato iniziale dovuti a variazioni delle PDF e/o dei momenti dei partoni nello stato iniziale

Presenti in collisioni pA e AA Cronin effect Modifiche delle PDF nei nuclei rispetto a quelle nei nucleoni Formazione di uno stato di Color Glass Condensate (saturazione

di gluoni a basso x)

Effetti di stato finale variazioni delle funzioni di frammentazione dovute alla presenza del mezzo prodotto nella collisione

Presenti solo in AA Energy loss / Jet quenching

Adronizzazione nel mezzo – Frammentazione vs. coalescenza/ricombinazione

Ricapitolando …Ricapitolando …

Risultati a RHICRisultati a RHIC

45

RRAAAA per adroni carichi e per adroni carichi e 00

Soppressione di un fattore ≈5 per pT>4 GeV

I valori di RAA ad alto pT sono quelli che ci si aspetta nel caso di scaling con Npart (Npart/Ncoll ≈0.2)

PHENIX 0 (0-10%)

Tpp

TAA

collTAA dpdN

dpdN

NpR

/

/1)(

46

Effetti di stato finale o iniziale (1)Effetti di stato finale o iniziale (1)

Misura di RAA (indicato con RdAu) in collisioni deutone-Au In queste collisioni non si

forma il mezzo e non ci sono effetti di stato finale

Gli effetti di stato iniziale sono invece presenti

I risultati in dAu mostrano il previsto Cronin enhancementL’effetto visto in AuAu non è dovuto allo stato iniziale

47

Effetti di stato finale o iniziale (2)Effetti di stato finale o iniziale (2)I fotoni diretti ( ottenuti sottraendo i decadimenti di 0 e sono una “medium-blind probe” ( non hanno interazioni forti) e scalano con Ncoll come atteso per processi hardIl quenching osservato per gli adroni è un effetto di stato finale

figure by D. d’Enterria

48

Interpretazione geometricaInterpretazione geometricaIl rapporto tra scaling con i partecipanti e con le collisioni è dato da:

cioè un rapporto superficie/volume

fireballRfireballVpartNcollN

partN

partNcollNfireballVpartN

13/13/1

3/4

La produzione di adroni ad alto pT in collisioni Au-Au centrali è compatibile con la semplice ipotesi che gli adroni ad alto pT sono emessi solo dalla superficie (corona) e non dalle regioni interne della fireball (Surface Emission)

49

Surface emissionSurface emissionPer le coppie qqbar prodotte all’interno della fireball i partoni prodotti sono rallentati nella loro uscita dalla fireball e

adronizzano in adroni a basso pT

Per le coppie qqbar prodotte sulla superficie della fireball (corona) il partone con momento diretto verso l’esterno adronizza in un

adrone ad alto pT (in un jet) che viene rivelato

il partone emesso verso l’interno deve attraversare tutta la fireball, perde energia e adronizza in particelle a basso pT

Questo spiega lo scaling con Npart

Lo studio delle correlazioni di angoloazimutale tra due particelle ad alto pT

può fornire una ulteriore evidenza sperimentale a favore di questa ipotesi

50

Correlazioni angolari (1)Correlazioni angolari (1)In ogni evento, si considera l’adrone con il più alto valore di pT (trigger particle, con pT > di una certa soglia ad es. pT

trig>4 GeV)

Si costruisce una distribuzione azimutale delle altre particelle ad alto pT dell’evento (es. con pT

assoc > 2 GeV) La trigger particle definisce lo zero dell’angolo azimutale

Per processi LO, gli adroni hard vengono da due jet back-to-back e quindi l’angolo tra la trigger particle e le altre particelle ad alto pT ha dei valori preferenziali (picchi) intorno a 0° e a 180°

Trigger particle

Near-side peak

Away-side peak

51

Correlazioni angolari (2)Correlazioni angolari (2)In collisioni pp e in collisioni Au-Au periferiche la distribuzione angolare delle particelle ad alto pT mostra due picchi a 0° e 180° (emissione back-to-back)In collisioni AuAu centrali, non si osserva l’away-side-peak Soppressione dell’emissione di jet back-to-back in collisioni Au-

Au centrali

52

Correlazioni angolari (3)Correlazioni angolari (3)

In collisioni d-Au si osserva la stessa struttura (con i due picchi back-to-back) delle collisioni ppLa soppressione dell’away-side jet (cioè del picco a 180°) è un effetto di stato finale

Heavy flavour: tecniche Heavy flavour: tecniche sperimentali e risultati a RHICsperimentali e risultati a RHIC

54

Stati di open charm e beautyStati di open charm e beauty

212698)(

342472)(

1322466)(

602285)(

1471968)(

1231865)(

3121869)(

0

0

0

ssc

dsc

usc

udc

scD

ucD

dcD

c

c

c

c

s

(µm)c(MeV)MassHadron

Vite medie ≈ 0.5-2 ps (decadimenti deboli) Gli heavy quarks sono prodotti nei primi istanti della

collisione e vivono per tutta l’evoluzione della fireball

c dell’ordine di 100-500 micron Vertici di decadimento (secondari) degli adroni open

heavy flavour spostati di centinaia di micrometri dal vertice (primario) in cui è avvenuta l’interazione pp o AA

3685624)(

2001006400)(

4385370)(

4605279)(

5015279)(

0

0

0

0

udb

bcB

bsB

bdB

buB

b

c

s

(µm)c(MeV)MassHadron

55

Tecniche sperimentali (1)Tecniche sperimentali (1)Non-photonic electrons Si costruiscono gli spettri in pT degli elettroni identificati

e.g. con il dE/dx (STAR) o con Calorimetri Elettromagnetici, con RICH (PHENIX) o con TRD (ALICE)

Si sottraggono gli elettroni che non provengono dal decadimento di heavy flavour.

La principale sorgente di elettroni di fondo è dai fotoni (“photonic electrons”)

Conversioni e+e- Decadimenti Dalitz: 0 e+e- , e+e-

Vengono distinti adoperando: Simulazioni Monte Carlo (STAR) Prese dati con diversi spessori di materiale convertitore (PHENIX) Rivelatore di vertice che permetta di misurare la distanza di massimo

avvicinamento delle tracce al vertice primario (ALICE e anche STAR e PHENIX dopo gli upgrade)

56

Tecniche sperimentali (2/1)Tecniche sperimentali (2/1)Ricostruzione esclusiva di mesoni e barioni charmati dai decadimenti adronici

Meson Final state# charged

bodiesBranching Ratio

D0

K- 2 3.8%

K- 4

Total 7.48%

Non resonant 1.74%

D0 K- K- 6.2%

D+ K- 3

Total 9.2%

Non resonant 8.8%

D+ Kbar0*(1430) K- 2.33%

Ds+ K+K- 3

Total 4.3%

Ds+ K+Kbar0*K+K- 2.0%

Ds+ K+K- 1.8%

57

Tecniche sperimentali (2/2)Tecniche sperimentali (2/2)Ricostruzione esclusiva di mesoni e barioni charmati dai decadimenti adronici Permette di ricostruire il momento dell’adrone open charm

Si costruiscono tutte le coppie/triplette/quadruplette di tracce con la corretta combinazione di segni di carica Enorme numero di combinazioni !!! Un sistema di identificazione di

particelle (dE/dx o TOF) può ridurre il combinatorio

Ricostruzione del vertice (secondario) del gruppo di tracce “candidate” Selezione dei candidati sulla base

di distanza primario-secondario …

58

Spettro in pSpettro in pTT dei non-photonic dei non-photonic

electrons RHICelectrons RHIC

Discrepanza di un fattore 2 tra STAR e PHENIX Le cause di questa discrepanza al momento non sono capite

59

Sezione d’urto ccbar a RHICSezione d’urto ccbar a RHIC

Discrepanza di un fattore 2 tra STAR e PHENIX I dati di PHENIX sono in accordo con l’estremo superiore dei

calcoli di pQCD (come a Tevatron) sia in pp che in dAu e AuAu I dati di STAR risultano essere ≈4 volte più grandi del valore

centrale predetto dalla pQCD

60

RRAAAA a RHIC (non-photonic electrons) a RHIC (non-photonic electrons)

I valori di RAA mostrano invece un buon accordo tra STAR e PHENIX La differenza di normalizzazione si cancella nel rapporto

AuAu/pp

61

RRAAAA a RHIC – modelli teorici (1) a RHIC – modelli teorici (1)

valori alti di q e no elettroni dal beauty

riproducono meglio i dati

L’uso di alte densità ( q ), l’introduzione della perdita di energia elastica (in addizione a quella radiativa) non è sufficente

non ph. el. soppressi ≈ come gli adroni leggeri

^

^

62

RRAAAA a RHIC – modelli teorici (2) a RHIC – modelli teorici (2)

Un recente modello alternativo basato sulla formazione di

risonanze Qq (quark pesante e quark

leggero) nel plasma spiega meglio i dati

63

Conclusioni ?Conclusioni ?I risultati delle misure di adroni ad alto pT a RHIC RAA per i pioni

Correlazioni angolari di coppie di particelle

sono spiegabili con una forte perdita di energia (radiativa) in un mezzo con alta densità di energia, maggiore dell’energia critica per la formazione del QGP.

I risultati delle misure di open heavy flavour a RHIC sono al momento un problema aperto e si stanno sviluppando diversi modelli teorici per spiegarle Dal punto di vista sperimentale queste misure hanno bisogno di

essere migliorate perché: Sono principalmente misure indirette da non-photonic electrons Non si distingue tra charm e beauty

Prospettive per LHCProspettive per LHC

65

ALICE setupALICE setup

Inner Tracking System (ITS)

Time Projection Chamber (TPC)

Transition Radiation Detector (TRD)

Time Of Flight (TOF)

L3 magnet

Muon arm

66

Heavy-flavours ad ALICEHeavy-flavours ad ALICESezioni d’urto per produzione di heavy flavours molto maggiori che a RHIC

Canali studiati in ALICE elettronico (||<0.9) muonico (-4<<-2.5) adronico (||<0.9)

Accettanza: basso pT regioni di rapidità centrale

e in avanti

ALICE(c/b)

ATLAS/CMS(b) LHCb

(b)

-2 0 2 4 61

10

100

1 year pp 14 TeV @ nominal lumin.

pT

of

Q-h

ad

ron

[G

eV]

of Q-hadron

ALICE(b)(c)

ALICE(c/b)

ATLAS/CMS(b) LHCb

(b)

-2 0 2 4 61

10

100

1 year pp 14 TeV @ nominal lumin.

pT

of

Q-h

ad

ron

[G

eV]

of Q-hadron

ALICE(b)(c)

bbRHIC

bbLHC

ccRHIC

ccLHC 10010

67

Inner Tracking SystemInner Tracking System

L= 97.6 cm

Silicon Pixel Detectors (2D)

Silicon Drift Detectors (2D)

Silicon Strip Detectors (1D)

R= 43.6 cm

Layer

Technology

Radius

(cm)

±z (cm)

Spatial resolution

(m)

r z

1 Pixel 4.0 14.1 12 100

2 Pixel 7.2 14.1 12 100

3 Drift 15.0 22.2 38 28

4 Drift 23.9 29.7 38 28

5 Strip 38.5 43.2 20 830

6 Strip 43.6 48.9 20 830

Rivelatore di vertice usato per identificare i prodotti di decadimento di mesoni D (c≈100-300 m) e B (c≈500 m)6 strati cilindrici di rivelatori al silicio

Documents

Hard probes